【芝士】VLSI第二讲：FPGA结构基础

微时灬暮雨

作为上次企划的后续，本次介绍一下FPGA的基础知识，为后面的内容分享打好基础

一、定义
ASIC：Application Specific Integrated Circuit 专用集成电路，如CPU、GPU、DSP
设计人员根据特定的应用需求，设计专用的逻辑电路，之后生成网表，交给芯片制造厂家（TSMC）流片
流片后，内部逻辑电路就固定了，芯片的功能也就固定的
优点：
1、性能优越
2、可靠性高
3、大批量下单位成本低
缺点：
1、开发周期长、设计工具及设计流程复杂、快速进入市场的压力大
2、功能固定，不利修改和扩展
3、NRE费用高
4、设计工具及开发人员昂贵
用途：
1、设计规模大，复杂度高的芯片
2、成熟度高，产量大的产品


FPGA：Field Programmable Gate Arrays 现场可编程门阵列，如Xilinx、Altera（Intel）
设计人员根据需求选择FPGA器件，然后设计逻辑电路，下载到FPGA器件中去，
实现需求的电路功能，随时可以修改电路功能
优点：
1、开发初期无投入资金壁垒
2、设计工具使用方便，设计简单快速
3、产品原型机开发时间短 管脚定义灵活，便于PCB布板
4、随时进行硬件功能设计修改
缺点：
1、单位成本高
2、可靠性低/功耗大
3、性能低
用途：
1、要求快速迭代或者小批量产品
2、作为ASIC的算法验证加速

二、FPGA基本结构
1、CLB, Configurable Logic Block：可配置逻辑块，主要的逻辑资源 。组合逻辑、时序逻辑和存储单元
2、Programmable I/O Block：可编程的I/O模块，芯片与外部的接口；不同电气特性输入/输出信号的驱动和匹配
3、Programmable Interconnect：CLB之间或CLB和IOB之间进行互连
4、Configuration Memory ：通过写配置存储器实现系统功能，“可编程”的概念CLB实现的逻辑、CLB之间的互连、CLB和IOB之间互连；用户不可见；往配置存储器中写入不同的内容，实现不同的系统功能


5、Block RAM：增加片上存储资源；单端口RAM、双端口RAM、FIFO等
6、专用DSP模块：加法器、乘法器、累加器
7、嵌入式处理核 ：软核：PicoBlaze核、MicroBlaze核；硬核：ARM核、PowerPC核
8、外设接口 ：PCI-E接口；Ethernet结构



三、查找表LUT
对于一个n输入的逻辑运算，不管是与、或、非运算还是异或运算，最多只可能存在2^n种结果
如事先将相应的结果存放于一个存储单元，就相当于实现了逻辑运算电路的功能

7系列FPGA采用6-输入LUT结构:
1、实现任意6-输入逻辑功能
2、4选1的多路选择器

多路选择器拼接 ：实现更多输入的逻辑功能

两个LUT
1、任意7-输入逻辑功能
2、8选1的多路选择器

四个LUT
1、任意8-输入的逻辑功能
2、16选1的多路选择器

（好累，就写到这儿了）

navebayes

青叶1 发表于 2025-6-20 03:26
？我居然在老王看fpga

这是正经板块的 ‘芝士计划’ 。 虽然已经不置顶了但是活动还在，可以通过tag去找
如果缺币又不想发资源可以来这里发科普类的小文章，只要不拙劣到离谱基本都给你过

火焰米奇龙王

支持一下

rpousty

虽不明，但觉厉！
点个赞支持一下大佬！

青叶1

？我居然在老王看fpga

张三天天

没有嵌入式的吗